TUGAS AKHIR
PENGARUH VARIASI TEKANAN KEMPA
TERHADAP SIFAT FISIK-KIMIA
DARI BAHAN BRIKET SEKAM PADI
Diajukan kepada Universitas Islam Indonesia untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh Derajat Sarjana Teknik Lingkungan
Disusun Oleh :
Nama : Martono No. MHS : 01 513 039JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA
JOGJAKARTA
2007
TERHADAP SIFAT FISIK-KIMIA
DARI BAHAN BRIKET SEKAM PADI
Diajukan kepada Universitas Islam Indonesia untuk memenuhi sebagai persyaratan memperoleh Derajat Sarjana Teknik Lingkungan
Disusun Oleh :
Nama : Martono No. MHS : 01 513 039JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN
UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA
JOGJAKARTA
2007
ii
PENGARUH VARIASI TEKANAN KEMPA
TERHADAP SIFAT FISIK-KIMIA
DARI BAHAN BRIKET SEKAM PADI
Nama : Martono
No. Mahasiswa : 01 513 039
Program Studi : Teknik Lingkungan
Telah diperiksa dan disetujui oleh :
Dosen Pembimbing I _________________________ Ir. H. Kasam, MT. Tanggal :
Dosen Pembimbing II ________________________ Dr. Ir. J. P. Gentur Sutapa, MSC Tanggal :
HALAMAN JUDUL...………....…...i HALAMAN PENGESAHAN...ii LEMBAR PERSEMBAHAN...iii KATA PENGANTAR...v DAFTAR ISI...viii DAFTAR TABEL...xi DAFTAR GAMBAR...xii INTISARI...xiii ABSTRACT...xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Rumusan Masalah...4 1.3 Tujuan Penelitian ...4 1.4 Manfaat Penelitian ...5 1.5 Batasan Masalah...5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Briket Bioarang Sekam Padi...6
2.2 Pengolahan Limbah padat...9
2.2.1 Proses tejadinya...9
2.2.2 Sifat Limbah Padat...10
2.2.3 Jenis Limbah padat...10
2.2.4 Karakteristik Limbah Padat...11
2.3 Padi (Oryza sativa)...13
2.3.1 Fungsi Tanaman Padi...14
2.3.2 Sekam Padi...15
2.3.3 Sekam Untuk Bahan Bakar Alternatif...16
2.5 Proses Pembuatan Arang...18
2.6 Penggunaan Arang...20
2.7 Standar Kualitas Arang...22
2.8 Pengaruh Tekanan Kempa terhadap Bahan pada Arang Briket...27
2.9 Hipotesis...28
2.10 Rancangan Penelitian...28
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Persiapan Bahan Penelitian...30
3.2 Alat Penelitian...31
3.3 Pembuatan Briket (Ogalith)...32
3.4 Pengarangan ...33
3.5 Pengujian Nilai Kalor...33
3.5.1 Persiapan ...33
3.5.2 Pengukuran Kenaikan Suhu...34
3.5.3 Pembongkaran...35
3.6 Kadar Air...35
3.7 Kadar Abu...36
3.8 Kadar zat Mudah Menguap (Volatille Matter)...37
3.9 Kadar Karbon terikat (Fixed Carbon)...37
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian...39
4.1.1 Sifat Fisik Arang Briket...39
4.1.2 Sifat Kimia Arang Briket...42
4.2 Pembahasan...48
4.2.1 Sifat Fisik Arang Briket...48
4.2.1.1 Kadar Air...48
4.2.1.2 Nilai Kalor...49
4.2.2 Sifat Kimia Arang Briket...50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan...55 5.2 Saran ...56
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya. Segala puji bagi Allah Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang pemilik segala ilmu pengetahuan, yang senantiasa memberikan jalan bagi setiap insannya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan dan penelitian skripsi yang berjudul ” PENGARUH TEKANAN KEMPA TERHADAP SIFAT FISIK – KIMIA DARI BAHAN BRIKET SEKAM PADI ”dengan baik dalam jangka waktu yang ditentukan.
Laporan Akhir hasil dari penelitian ini, penulis susun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh Gelar Sarjana di Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Islam Indonesia.
Atas bimbingan serta bantuan dan penjelasan yang berguna dari berbagai pihak, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya khususnya kepada: 1. Allah SWT.
2. Rasulullah Muhammad SAW, keluarga dan para sahabatnya.
3. Bapak Dr. Ir. H. Ruzardi MS. selaku dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Islam Indonesia.
4. Bapak Ir. H. Kasam, MT selaku pembimbing I Tugas Akhir, yang telah bersedia meluangkan waktu dan membimbing, mendukung serta mencurahkan pikirannya untuk memberi masukan-masukan kepada penulis.
6. Bapak Lukman Hakim, ST., M.Si. selaku Ketua Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Islam Indonesia.
7. Dosen-dosen Teknik Lingkungan lain yang telah membagi banyak ilmu untuk saya.
8. Bapak Agus Adi Prananto, SP selaku staf Jurusan Teknik Lingkungan.
9. Mas Artha,SHut selaku Laboran Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Universitas Gajah Mada yang telah banyak memberi masukan dan membantu dalam analisa laboratorium.
10. Mas Hari Sabirin,SHut selaku Asisten Laboran Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Universitas Gajah Mada.
11. Ayah, Ibu, Kakak dan Adikku atas segala doa, bantuan, dan dorongan semangat yang telah diberikan.
12. All crew D-24 (Mirna Ok, Tharye, Andri Bijjay, Penyu, Nunung, Agung, Danang Juwet, Bintayo) yang selalu memberi semangat dan terima kasih atas semua bantuannya.
13. All crew LA (Fitrah - Tia, Kakek – Nenek, Fian, Agriwan, Mali, Bembeng, Fahmi - Vijjay, Phire, Nienie) “ Jalan – jalan yuks....”
14. My partner TA (Arif bosok, JohnoK, Bagus, Indri) “thank’s ya atas kerja samanya...”
15. Bascem ’01 (Indras, Dedek, Ajiz, Affan, Surya, Vikor, Jatuy, Joko Ta’uu, Panduy, Payjo, Wisnu, Imam, Deni, Een, Kinoy, Mail, luckito dan anak – anak TL 2001) “terima kasih atas kebersamaannya dan kompak selalu 01...”
16. SLANK’ERS FC, MP (Menumbing Putra), ANYELIR FC, GADINGAN FC “Salam Olahraga...”. Cayoooo....
17. MABAYO, terima kasih atas nasehat dan bantuannya. “Sukses bang aok...” 18. Semua pihak yang telah memberi bantuan yang tidak dapat saya sebutkan satu
Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan balasan kepada semuanya sesuai dengan pengorbanan dan kebaikkannya. Akhirnya penulis sadar bahwa sebagai manusia banyak keterbatasan yang ada pada isi dan penulisan skripsi ini yang jauh dari kesempurnaan.
Sebagai penutup semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca yang berkepentingan.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Jogjakarta, Agustus 2007
PENGARUH VARIASI TEKANAN KEMPA
TERHADAP SIFAT FISIK-KIMIA DARI BAHAN BRIKET SEKAM PADI Kasam1, J. P. Gentur Sutapa2, Martono3
INTISARI
Limbah penggilingan padi Berupa sekam padi mempunyai potensi sebagai bahan baku pembuatan briket. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan limbah penggilingan padi sebagai bahan baku briket serta mengetahui pengaruh tekanan kempa terhadap sifat fisik-kimia arang briket yang dihasilkan.
Ogalith dibuat dari sekam seberat 50 gram, dikempa panas pada suhu 250°c dengan tiga macam tekanan yaitu:3000 pond, 4000 pond dan 5000 pond. Dengan penelitian menggunakan pola pecobaan dengan faktorial 3x3 dengan ulangan 3 kali hasil yang diperoleh di uji dengan analisis varians.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa Faktor tekanan (3000 pond) menghasilkan nilai kalor 5567,19 kal/gram, tekanan (4000 pond) menghasilkan nilai kalor 5717,31 kal/gram, tekanan (5000 pond) menghasilkan nilai kalor 7401,64 kal/gram. Kadar air hasil penelitian berkisar antara 4,783% - 6,783%. Kadar air arang briket yang dihasilkan dari penelitian ini cukup memenuhi persyaratan standar air arang yang ditentukan oleh Jepang dan tidak memenuhi untuk standar Inggris. Hasil nilai kalor menunjukkan semakin besar tekanan yang digunakan menyebabkan kenaikan berat jenis arang briket, semakin tinggi berat jenis maka nilai kalornya juga semakin tinggi. Besarnya kadar abu yang diperoleh dari penelitian berkisar antara 32,9% - 50,55%. Dari hasil penelitian ini tidak ada yang memenuhi standar Jepang maupun standar Inggris. Besarnya kadar abu merupakan salah satu indikator kualitas arang briket. Kadar zat menguap arang briket pada penelitian ini berkisar antara 23.4% –42.3%. Bila hasil penelitian rata-rata yang dibandingkan, tidak menghasilkan hasil yang signifikan karena tidak ada yang memenuhi standar Jepang maupun standar Inggris. Akan tetapi bila dibandingkan dengan tekanan 4000 pond pada uji sampel yang pertama dan uji sampel kedua memenuhi standar Jepang. Pada uji sampel pertama tekanan 4000 pond hasil penelitian 29.45% dan pada uji sampel kedua tekanan 4000 pond 27.95%. Faktor tekanan kempa sangat berpengaruh pada kadar air, berat jenis, nilai kalor,kadar zat menguap.
Kata Kunci : Sekam padi, tekanan kempa, dan sifat-kimia arang briket.
1 Staf Pengajar, Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan – Universitas Islam Indonesia 2 Staf Pengajar, Jurusan Teknik Hasil Hutan, Fakultas Teknik Kehutanan – Universitas Gajah Mada
THE VARIATION INFLUENCE
OF A PRESS PRESSURE TO CHARACTERISTIC OF CHEMICAL PHYSICAL FROM SUBSTANCE OF RICE HUSK BRIQUETTE
Kasam1, J. P. Gentur Sutapa2, Martono3 ABSTRACT
Waste from rice mill is Rice Husk, have a potential as briquette substance. This research objective is use waste from rice mill as briquette substance and analyse the pressure influence with physical – chemical characteristic charcoal briquette.
Ogalith make of 50 gram rice husk, hot pressure use 250°c with different pressure :3000 pound, 4000 pound and 5000 pound. Research use faktorial 3x3 trial with 3 repetition and use analyse varians for the results.
The result of this research: caloric value (3000 pound) 5567,19 cal/gram,caloric value (4000 pond) 5717,31 cal/gram, caloric value (5000 pond) 7401,64 cal/gram. Moisture content 4,783% - 6,783%. Moisture content of this research is fulfill for japanese standard but not england standard. Caloric value show that more higher the value will influence the value of specific gravity charcoal briquette. The value of Ash between 32,9% - 50,55%. There is no one of it that fulfill japanese or england standard. Ash value can be one of indicator briquette charcoal quality. The value of volatile meter between 23.4% –42.3%. If the average value compared, that means there is no significancy value were fulfill for japanese or england standard. But if it compared with first and second sample 4000 pound pressure will fulfill japanese standard. The value of first sample (4000 pound) is 29.45% and the second is 27,95%. The influence of pressure factor related to moisture content, specific gravity, caloric value and volatile meter.
Key words : Rice Husk, kempa pressure, and physical – chemical characteristic of
briquette charcoal.
1 Staf Pengajar, Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan – Universitas Islam Indonesia 2 Staf Pengajar, Jurusan Teknik Hasil Hutan , Fakultas Teknik Kehutanan – Universitas Gajah Mada
3
I.1 Latar Belakang
Dalam kehidupannya manusia tidak bisa dipisahkan dari upaya pemenuhan energi. Dari semua aspek kehidupan manusia, baik untuk keperluan rumah tangga, transportasi maupun kegiatan industri memerlukan energi untuk menggerakkannya. Sumber energi yang berasal dari minyak bumi maupun yang berasal dari non minyak bumi. Sampai saat ini sumber energi yang berasal dari minyak bumi paling banyak digunakan oleh masyarakat. Keberadaan sumber energi minyak bumi tidak dapat dipertahankan terus menerus karena minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Untuk mengatasi permasalahan tersebut perlu dilakukan upaya pemanfaatan sumber energi lain terutama sumber energi yang dapat diperbaharui.
Jumlah minyak bumi semakin menipis dikarenakan laju pemakaian yang semakin meningkat, hal ini menuntut dilaksanakan upaya penghematan terhadap penggunaannya. Fenomena tersebut harus memaksa mencari sumber energi yang lain yang dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif untuk menyediakan energi yang dibutuhkan. Salah satu usaha yang dapat dilakukan yakni dapat memanfaatkan bahan bakar briket arang yang dapat dibuat dari sisa buangan seperti sekam padi. Seiring dengan perkembangan zaman, pemilihan sekam padi cenderung digunakan untuk keperluan lain yang mempunyai nilai ekonomis yang lebih tinggi dibanding dengan
briket arang. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan pemilihan bahan baku alternatif yang jumlahnya melimpah dan mempunyai sifat yang sama dengan bahan alternatif tersebut
Energi Biomassa dapat menjadi sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil (minyak bumi) karena beberapa sifatnya menguntungkan, yaitu sumber energi ini dapat dimanfaatkan secara lestari karena sifatnya yang dapat diperbarui. Sumber energi ini relatif tidak mengandung unsur sulfur sehingga tidak menyebabkan polusi udara dan juga dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan sumber daya alam..
Bahan briket dapat dibuat dari sekam padi, dalam hal ini pemilihan sekam padi sangat penting guna untuk meningkatkan kalor. Sekam padi mempunyai beberapa keunggulan yaitu salah satunya mudah diolah. Dalam pembuatan briket arang harus dilihat dari segi modifikasi komposisi dan segi bentuk briket arang itu sendiri.
Beberapa industri menggunakan bahan limbah sekam padi sebagai bahan baku, yang mana limbah sisa pengolahan bahan tersebut dengan mudah didapat dan dalam jumlah yang cukup banyak. Limbah buangan sekam padi hingga saat ini masih ada yang dibiarkan menimbun dan berlebih sehingga mengganggu lingkungan.
Potensi sekam padi di Indonesia sangat besar dan sampai saat ini baru sedikit sekali yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar berguna. Indonesia sebagai salah satu penghasil beras dengan kapasitas produksi yang diperkirakan tidak kurang dari 30 juta ton/tahun, akan menghasilkan sekam padi sebanyak kurang lebih 13 ton/tahun. Selama ini sekam padi di penggilingan hanya dimanfaatkan sebagai bahan baku untuk
membakar batu bata atau alas pada pemeliharaan ayam dan hal ini hanya pada saat orang membutuhkan saja, sehingga sekam padi yang tersisa di bak penampungan belum di manfaatkan secara optimal. Berdasarkan data potensi sekam padi diatas, maka perlu dilakukan pemanfaatan sekam padi sebagai salah satu sumber energi/bahan bakar alternatif.
Pengembangan pemanfaatan sekam padi sebagai bahan bakar dipedesaan terutama di daerah padat penduduk seperti di Jawa dan Bali akan dapat diperoleh keuntungan, antara lain (Hartoyo,1983 dalam bowo Abdi 2004) :
1. Mengurangi pemakaian kayu bakar oleh sebagian masyarakat pedesaan dan secara tidak langsung dapat juga membantu upaya pencegahan laju dan kerusakan hutan apabila penyediaan kayu bakar tidak mencukupi di daerah tersebut.
2. Sekam padi dapat dihasilkan sepanjang tahun dalam jumlah yang memadai dan tersedia di tempat-tempat yang tidak jauh dari pemukiman penduduk.
Pembuatan arang briket memerlukan tekanan untuk menghasilkan arang yang padat dan kuat untuk menghasilkan berat jenis arang yang baik. Dikemukakan bahwa kenaikan tingkat pengempaan pada pembuatan arang akan menghasilkan berat jenisnya. (Hartoyo dkk,1978 dalam bowo abdi 2004). Penggunaan tekanan yang berbeda juga berpengaruh terhadap besarnya nilai kalor dalam penelitian Soeparno (1993) menggunakan tekanan 1500, 2000, dan 2500 psi (pound per square inch) tehadap kayu jati dan pinus. Penelitian tersebut menghasilkan produk briket arang
yang cukup baik yaitu nilai kalor briket jati dengan tekanan 2000 psi sebesar 7154 kal/g dan briket arang pinus mencapai 7435 kal/g untuk tekanan 2500 psi.
Berdasarkan kenyataan tersebut serta berdasar data potensi limbah sekam padi, maka perlu dilakukan pemanfaatan sebagai salah satu sumber energi alternatif yaitu dengan pembuatan arang briket dimana bahan tersebut saling berkomposisi.
1.2 Rumusan masalah
Untuk memberikan uraian yang jelas, maka dibuat rumusan masalah sebagai berikut:
1. Apakah sekam padi dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif ? 2. Bagaimana pengaruh tekanan kempa terhadap karakteristik arang briket ? 3. Apakah mutu arang briket hasil penelitian sesuai dengan standar Jepang
dan standar Inggris ?
1.3 Tujuan Penelitian
Pada kegiatan penelitian ini, maka tujuan penelitian yang diinginkan adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui pengaruh tekanan kempa terhadap karakteristik arang briket menggunakan bahan sekam padi.
2. Mengetahui sifat-sifat fisik dan kimia arang briket.
1.4 Manfaat Penelitian
Diharapkan dengan penelitian ini, diperoleh manfaat sebagai berikut:
1. Dapat memanfaatkan sumber daya alam (sekam padi) sebagai energi alternatif.
2. Dasar penelitian lanjutan untuk penelitian selanjutnya.
3. Dapat menambah wawasan ilmu pengetahuan bagi peneliti mengenai arang briket.
1.5 Batasan Penelitian
Untuk membatasi kajian dan batasannya, maka penelitian ini dikhususkan membahas mengenai:
1. Bahan briket yang digunakan adalah sekam padi.
2. Pengujian nilai kalor dan suhu bara yang dihasilkan berdasarkan variasi tekanan kempa.
3. Tekanan yang digunakan pada proses pengempaan :
3000 Pounds, 4000 Pounds dan 5000 Pounds pada suhu 400 º F atau 250 º C selama 15 menit/sampel.
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Briket Bioarang Sekam Padi
Briket adalah gumpalan yang terbuat dari bahan lunak yang dikeraskan. Sedangkan briket bioarang adalah gumpalan-gumpalan atau batangan arang yang terbuat dari bioarang (bahan lunak). Bioarang termasuk bahan lunak yang dengan proses tertentu diolah menjadi bahan arang keras dengan bentuk tertentu (Adan, 1998).
Bioarang diperoleh dengan membakar biomassa kering tanpa udara (pirolisis). Sedangkan biomassa adalah bahan organik yang berasal dari jasad hidup, baik tumbuh-tumbuhan maupun hewan (Johanes, 1981 dalam Ristanti Apriyani). Biomassa sebenarnya dapat digunakan secara langsung sebagai sumber energi panas untuk bahan bakar, sebab biomassa mengandung energi yang dihasilkan dari proses fotosintesis sewaktu tumbuhan tersebut masih hidup. Dalam hal ini terjadi absorbsi energi radiasi matahari, sehingga menyebabkan perubahan struktur molekul dalam substansi tumbuhan.
Biomassa yang digunakan secara langsung sebagai bahan bakar kurang efisien. Oleh karena itu, energi biomassa perlu diubah menjadi energi kimia bioarang terlebih dahulu (Boyles, 1984 dalam Ristanti Apriyani). Bioarang memiliki nilai kalor lebih tinggi serta bebas polusi bila digunakan sebagai bahan bakar. Menurut Johannes
dalam bukunya seran (1990), nilai bakar biomassa hanya 3.300 kkal/kg. Sedangkan bioarang mampu menghasilkan 5.000 kkal/kg. Hal ini menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar dengan bioarang mampu meningkatkan efisiensi penggunaan energi.
Bioarang dapat digunakan sebagai bahan bakar setelah dilakukan pencetakan menjadi briket bioarang berbentuk bola atau bentuk silinder. Ditinjau dari segi polusi udara, briket bioarang relatif lebih aman dibanding dengan bahan bakar dari batu bara maupun minyak yang akan menghasilkan CO2. Kelebihan CO2 di atmosfir bumi akan
menimbulkan terjadinya pencemaran udara seperti terjadinya hujan asam atau rusaknya lapisan ozon yang dapat membahayakan kelestarian semua makhluk di muka bumi ini (Widarto & Suryanta, 1995 dalam Ristanti Apriyani).
Bahan bakar briket bioarang ini dapat dimanfaatkan dengan teknologi sederhana, tetapi panas (nyala api) yang diperoleh cukup besar, cukup lama dan aman. Jika tungku dengan bahan bakar bioarang ukuran diameter 20 cm, tinggi 30 cm, dan diameter sumuran 7 cm sudah menyala, akan didapatkan bara dan nyala api sekurang-kurangnya selama 2 hari 2 malam (Adan, 1998).
Tujuan pembuatan briket bioarang diantaranya:
a. Sebagai energi altenatif pengganti kayu bakar dan minyak bumi. b. Menyelamatkan hutan, melestarikan lingkungan.
c. Membersihkan lingkungan dari sampah biomassa.
e. Memanfaatkan sumber daya alam yang masih tersedia melimpah, serta menghemat sumberdaya alam yang sudah berkurang (Seran, 1990 dalam Ristanti Apriyani ).
Dari penggunaan briket bioarang diperoleh beberapa keuntungan dan kerugian. Keuntungan antara lain:
a. Mudah disimpan dan dipindah-pindahkan.
b. Bentuk dan ukuran dapat dibuat sesuai dengan kehendak kita. c. Mudah dalam pengemasan.
d. Tidak berasap (jumlah asap kecil) dibanding dengan penggunaan minyak tanah dan kayu bakar.
Sedangkan kekurangan briket bioarang adalah:
a. Briket bioarang sulit dibakar secara langsung dengan korek api. Oleh karena itu, untuk menyalakannya perlu ditetesi minyak tanah atau spritus pada bagian pinggirnya agar dapat menyala dan akhirnya membara.
b. Biaya pembuatannya lebih mahal dibanding dengan pembuatan arang biomassa. Akan tetapi biaya tersebut akan kembali apabila diproduksi secara besar-besaran kemudian dipasarkan (Widarto & Suryanta, 1995 dalam Ristanti Apriyani).
Adapun penggunaan dari briket bioarang adalah sebagai berikut :
a. Briket bioarang berukuran kecil dapat dibakar langsung diatas tungku atau anglo. Pemanas ini dapat langsung digunakan untuk memasak atau membakar sate seperti layaknya orang menggunakan arang kayu biasa.
b. Briket bioarang lebih efektif dan efisien bila dibakar pada tungku briket bioarang yang dipersiapkan secara khusus. Dengan tungku yang dipersiapkan secara khusus, briket akan menyala mulai dari bagian tengah (sumuran), karena sistem ventilasi yang dibuat, panas akan menghembus keatas dan seluruh briket akan terbakar habis (Adan, 1998).
2.2 Pengolahan Limbah Padat
Macam-macam pengolahan limbah padat dapat didasarkan pada beberapa kriteria, yaitu didasarkan pada proses terjadinya, sifat, jenis, karakteristik dari limbah padat tersebut. Penggolongan limbah padat tersebut perlu diketahui sebagai dasar dalam penanganan serta pemanfaatan dari limbah padat tersebut.
2.2.1 Proses Terjadinya
Dari proses terjadinya limbah padat dibedakan sebagai berikut: 1. Limbah padat alami
Adalah limbah padat yang berasal dari proses alami. 2. Limbah padat non alami
2.2.2 Sifat Limbah Padat
Menurut Ircham (1992) Berdasarkan sifatnya limbah padat dapat digolongkan menjadi:
1. Limbah padat organik
Limbah padat organik adalah limbah padat yang mengandung senyawa-senyawa organik, yang tersusun dari unsur karbon, hydrogen dan oksigen. Limbah padat organik ini mudah untuk diuraikan oleh mikroba, contoh: daun-daun, kayu, sisa sayur, kardus.
2. Limbah padat anorganik
Limbah padat anorganik adalah limbah padat yang sukar untuk diuraikan oleh mikroba, contoh: plastik, kaleng, besi, gelas, dan logam.
2.2.3 Jenis Limbah Padat
Berdasarkan jenisnya limbah padat menurut (Ircham, 1992), dapat digolongkan sebagai berikut:
1. Bisa tidaknya dibakar
a. Limbah padat mudah terbakar Contoh: kertas, karet, kayu, plastic. b. Limbah padat sukar terbakar
2. Bisa tidaknya membusuk
a. Limbah padat mudah membusuk
Contoh: sisa makanan, sisa daun-daunan, potongan daging, sisa buah-buahan serta sobek-sobekan kertas.
b. Limbah padat sukar membusuk
Contoh: plastik, kaleng, pecahan kaca, karet, besi.
2.2.4 Karakteristik Limbah Padat
Menurut Irham (1992), limbah padat berdasarkan karakteristiknya dapat digolongkan sebagai:
1. Garbage
Merupakan limbah padat yang dihasilkan dari rumah tangga, hotel dan restoran.
2. Rubís
Merupakan limbah padat yang dapat dibakar seperti kertas, kayu dan limbah padat yang sukar terbakar seperti kaca, kaleng.
3. Ashes
Merupakan limbah padat hasil dari pembakaran industri maupun rumah tangga dalam bentuk abu.
4. Street Sweeping
Merupakan limbah padat yang dihasilkan dari pembersihan jalan, terdiri dari daun-daunan, kertas, kotoran, plastik.
5. Deat Animal
Yaitu limbah padat yang berasal dari bangkai binatang yang mati. 6. Abandoned vehicles
Yaitu limbah padat yang berasal dari bangkai mobil maupun motor bekas, becak, sepeda.
7. Limbah padat industri
Merupakan limbah padat yang dihasilkan dari berbagai jenis industri diantaranya industri cat, industri gula, industri makanan.
8. Limbah padat khusus
Merupakan limbah padat yang mengandung bahan berbahaya beracun seperti limbah padat radioaktif.
Menurut Ircham (1992), penanganan limbah padat dapat dilakukan melalui proses penanganan sebagai berikut:
1. Open Dumping (Pembuangan Terbuka)
Merupakan penanganan limbah padat melalui pembuangan pada tempat pembuangan akhir secara terbuka.
2. Reuse (Pakai Ulang)
Merupakan penanganan limbah padat melalui penggunaan kembali seperti: penggunaan botol minuman.
3. Recycling (Daur Ulang)
4. Composting (Pembuatan Pupuk)
Merupakan penanganan limbah padat melalui pembuatan pupuk dari limbah padat tersebut.
5. Incenerator (Bakar Teknis)
Merupakan penanganan limbah padat melalui pembakaran menggunakan peralatan dan teknis khusus.
6. Blocking (Pemadatan)
Merupakan penanganan limbah padat melalui proses pemadatan dilakukan untuk memperkecil volume limbah tersebut.
7. Sanitary Landfill (Pendam Urug Berlapis)
Merupakan penanganan limbah padat melalui pemendaman pada areal tertentu.
2.3 Padi ( Oryza Sativa )
Padi merupakan tanaman pangan berupa rumput berumpun. Tanaman pertanian kuno berasal dari dua benua yaitu Asia dan Afrika Barat tropis dan subtropis. Bukti sejarah memperlihatkan bahwa penanaman padi di Zhejiang (Cina) sudah dimulai pada 3.000 tahun SM. Fosil butir padi dan gabah ditemukan di Hastinapur Uttar Pradesh India sekitar 100-800 SM. Selain Cina dan India, beberapa wilayah asal padi adalah, Bangladesh Utara, Burma, Thailand, Laos, Vietnam.
Tabel 2.1 Klasifikasi botani tanaman padi adalah sebagai berikut:
Divisi : Spermatophyta
Sub divisi : Angiospermae
Kelas : Monotyledonae
Keluarga : Gramineae (Poaceae)
Genus : Oryza
Spesies : Oryza spp.
Terdapat 25 spesies Oryza, yang dikenal adalah O. sativa dengan dua subspesies yaitu Indica (padi bulu) yang ditanam di Indonesia dan Sinica (padi cere). Padi dibedakan dalam dua tipe yaitu padi kering (gogo) yang ditanam di dataran tinggi dan padi sawah di dataran rendah yang memerlukan penggenangan.
2.3.1 Fungsi Tanaman Padi
Padi merupakan bahan makanan yang menghasilkan beras. Bahan makanan ini merupakan makanan pokok bagi sebagian besar penduduk Indonesia. Meskipun sebagai bahan makanan pokok padi dapat digantikan/disubstitusi oleh bahan makanan lainnya, namun padi memiliki nilai tersendiri bagi orang yang biasa makan nasi dan tidak dapat dengan mudah digantikan oleh bahan makanan yang lain.
Padi adalah salah satu bahan makanan yang mengandung gizi dan penguat yang cukup bagi tubuh manusia, sebab di dalamnya terkandung bahan-bahan yang mudah diubah menjadi energi. Oleh karena itu padi disebut juga makanan energi.
2.3.2 Sekam Padi
Sekam padi adalah bagian terluar dari butir padi, yang merupakan hasil sampingan saat proses penggilingan padi dilakukan. Sekitar 20% dari bobot padi adalah sekam padi dan kurang lebih 15% dari komposisi sekam adalah abu sekam yang selalu dihasilkan setiap kali sekam dibakar (Hara, 1986 dalam Ristanti Apriyani). Nilai paling umum kandungan silika dari abu sekam adalah 94-96% dan apabila nilainya mendekati atau dibawah 90% kemungkinan disebabkan oleh sampel sekam yang telah terkontaminasi dengan zat lain yang kandungan silikanya rendah. Silika yang terdapat dalam sekam ada dalam bentuk amorf terhidrat (Houston, 1972 dalam Ristanti Apriyani). Tapi jika pembakaran dilakukan secara terus menerus pada suhu di atas 650°c akan menaikkan kristalinitasnya dan akhirnya akan terbentuk fasa kristobalit dan tridimit dari silika sekam.
Silika merupakan bahan kimia yang pemanfaatan dan aplikasinya sangat luas mulai bidang elektronik, medis, mekanik, seni hingga bidang-bidang lainnya. Salah satu pemanfaatan serbuk silika yang cukup luas adalah sebagai penyerap kadar air di udara sehingga memperpanjang masa simpan bahan dan sebagai bahan campuran untuk membuat keramik seni. Sedangkan silika amorf terbentuk ketika silikon teroksidasi secara termal. Silika amorf terdapat dalam beberapa bentuk yang tersusun dari partikel-partikel kecil yang kemungkinan ikut tergabung. Biasanya silika amorf mempunyai kerapatan 2,21 g/cm3.
2.3.3 Sekam untuk Bahan Bakar Alternatif
Saat ini masih sering ditemukan disekitar penggilingan padi adalah tumpukan sekam yang makin lama makin banyak dan tidak dimanfaatkan. Penelitian untuk sekam sebenarnya telah dilakukan sejak dulu tapi belum begitu diminati masyarakat. Kini, ketika minyak tanah semakin mahal, saatnya kita manfaatkan sekam sebagai bahan bakar sekaligus membebaskan penggilingan padi dari limbah. Sekam dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar baik dalam keadaan mentah/segar maupun arang curah atau briket. Pemanfaatan sekam segar antara lain untuk bahan bakar kompor sekam keperluan energi panas skala rumah tangga, dan energi panas pengering bahan bakar sekam.
Melihat potensi yang besar pada sekam, sangat memungkinkan untuk memasyarakatkan penggunaan sekam sebagai bahan bakar untuk rumah tangga dan warung sebagai pengganti energi kayu atau minyak tanah. Nilai energi sekam memang lebih rendah dibanding briket batu bara muda yang mengandung energi 5.500 kkal/kg, minyak tanah 8.900 kkal/l, dan elpiji 11.900 kkal/kg, sedangkan panas pembakaran sekam hanya sekitar 3.300 kkal. Dengan demikian penggunaan sekam sangat prospektif sebagai sumber energi panas dan membantu menekan terjadinya gangguan lingkungan terutama di sekitar penggilingan padi. Untuk memanfaatkan sekam, terdapat beberapa hasil penelitian yang meliputi sekam sebagai bahan bakar kompor, sekam untuk pengeringan gabah, dan briket arang sekam untuk bahan bakar rumah tangga. Jika sekam dapat dimanfaatkan untuk bahan bakar rumah tangga atau warung di pedesaan maka cara ini dapat memberikan dua keuntungan sekaligus, yaitu
mengurangi gunungan limbah sekam dan menekan konsumsi minyak tanah/kayu bakar (Ridwan Rahmat, Warta penelitian dan pengembangan Pertanian,2006).
Kadar Zat Mudah Menguap
Kadar zat mudah menguap dalam arang merupakan salah satu petunjuk untuk menentukan kualitas arang. Zat mudah menguap briket arang bukan merupakan komponen penyusun arang tetapi merupakan hasil dekomposisi zat-zat penyusun arang akibat proses pemanasan (Perry dan Chilton, 1973).
Berdasarkan zat mudah menguap dalam arang berbanding terbalik dengan kadar karbon terikatnya, di mana kadar zat mudah menguap yang tinggi akan mengakibatkan kadar karbon terikatnya menjadi semakin rendah. Kadar zat mudah menguap dalam arang dapat dihitung dengan menguapkan semua zat-zat menguap dalam arang selain air.
Karbon Terikat
Djatmiko dkk (1981) mendefinisikan karbon terikat sebagai fraksi karbon dalam arang selain fraksi abu, air dan zat mudah menguap. Karbon terikat dalam suatu arang mempunyai peranan yang cukup penting untuk menentukan kualitas arang karena karbon terikat dalam arang akan mempengaruhi besarnya nilai kalor yang dihasilkan, semakin tinggi karbon terikat dalam suatu arang maka semakin tinggi pula nilai kalor yang dihasilkan karena pada proses pembakaran setiap ada reaksi oksidasi akan menghasilkan panas.
Besarnya kadar karbon terikat dalam arang mempunyai hubungan terbalik dengan besarnya kadar zat mudah menguap, semakin besar kadar zat mudah menguap maka kadar karbon terikat menjadi semakin rendah. Djatmiko dkk (1981) menyebutkan bahwa arang yang bermutu baik adalah arang yang mempunyai nilai kalor dan kadar karbon terikat tinggi tetapi mempunyai kadar abu yang rendah.
2.4 Penanganan Limbah Padat Penggilingan Padi
Tindakan penanganan terhadap limbah padat penggilingan padi merupakan upaya untuk mengendalikan dan mengurangi beban pencemaran yang dapat ditimbulkan akibat dari pencemaran limbah padat penggilingan padi terhadap lingkungan.
2.5 Proses Pembuatan Arang
Proses pembuatan arang dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu: 1. Cara sederhana
Pembuatan arang dengan cara sederhana banyak dilakukan dipedesaan yang merupakan cara tradisional dan tidak memerlukan biaya produksi tinggi. Proses pembuatannya dengan sistem : terbuka, lubang atau timbunan. Arang yang dihasilkan pada umumnya hanya digunakan untuk bahan bakar dalam rumah tangga.
2. Kiln
Cara ini digunakan untuk pembuatan arang dengan tujuan komersial kapasitas produksi pengolahan bervariasi tergantung pada volume kiln, yaitu: 150 kg -30 ton arang sekali bakar. Suhu pengarangan yang dapat dicapai 400 – 1000ºC dengan waktu pengolahan 2-30 hari. Tipe kiln dibedakan menurut bentuk dan bahan konstruksinya, misalnya : tanah liat atau batu, kiln kubah, beehive atau empat persegi panjang.
3. Distilasi destruktif
Alat alat yang digunakan adalah retort atau oven. Sistem pemanasan dilakukan di luar atau di dalam. Pemanasan di dalam dilakukan dengan menggunakan sirkulasi gas panas yang inert (tidak bereaksi). Suhu minimum pengolahan sekitar 400 - 500ºC, waktu pengolahan 20 – 30 jam. Arang yang dihasilkan berbentuk batangan atau serbuk.
Stain dan Harris dalam Soeparno (1993) menyebutkan bahwa ada empat cara pembuatan briket arang yaitu:
1. Pengempaan serbuk kayu menjadi briket disusul dengan karbonisasi pada tekanan sedang.
2. Pengempaan dan karbonisasi serbuk kayu secara serentak.
3. Pengempaan campuran arang dan serbuk kayu menjadi briket disusul dengan karbonisasi.
4. Pengempaan campuran arang dan bahan perekat menjadi briket disusul dengan pengeringan dan kadang-kadang dikarbonisasikan kembali.
Djatmiko dkk. (1981) menyebutkan bahwa reaksi yang terjadi pada proses pembuatan arang merupakan reaksi eksotermis, yaitu jumlah panas yang dikeluarkan lebih besar dibandingkan dengan jumlah panas yang diperlukan. Awal terjadinya reaksi eksotermis pada pembuatan arang terjadi pada saat proses pengarangan mencapai suhu 270°C, dimana pada suhu ini terjadi perubahan pada unsur-unsur kimia kayu dan mulai terbentuk arang.
Haygreen dan Bowyer (1989) mengemukakan bahwa pirolisis adalah proses pengolahan kayu atau bahan-bahan organik yang lain secara thermal tanpa adanya zat asam. Proses ini semula dinamakan penyulingan yang merusak dan di masa yang lampau telah digunakan untuk memproduksi arang kayu, asam asetat, dan methanol. Produk padat yang dihasilkan adalah arang kayu, cairan minyak kompleks yang berat yang agak serupa dengan minyak bahan bakar berat.
2.6 Penggunaan Arang
Penggunaan arang tidak terbatas sebagai bahan bakar tapi arang juga digunakan dalam bidang industri. Penggunaan arang dalam industri ini antara lain penggunaan arang hitam dalam pembuatan besi, silikon, timah dan arang aktif (Anonim, 1976). Hartono dan Nurhayati (1976) menyebutkan bahwa arang digunakan untuk keperluan industri kimia yaitu digunakan untuk karbon aktif, karbon monoksida, elektroda gelas, campuran resin obat-obatan, makanan ternak, karet dan lain-lain. Earl (1974) mengemukakan beberapa kegunaan penting arang, yaitu :
1. Sebagai bahan bakar rumah tangga
Arang digunakan untuk pemanas ruangan dan memasak karena arang kayu tidak berasap dan hampir sama sekali bebas abu. Arang juga dapat dipergunakan untuk memanggang karena diyakini mampu memberikan aroma yang khas dan tidak ditemukan adanya zat yang beracun pada asap yang dihasilkan oleh arang. 2. Sebagai bahan bakar untuk industri
Arang sebagai bahan bakar untuk industri, dapat digunakan untuk proses pengeringan langsung (tembakau) dan sebagai bahan bakar internal untuk industri semen (kurang lebih 1 ton arang diperlukan untuk membuat empat ton semen). 3. Sebagai bahan peleburan logam (metal extraction)
Hal ini dapat digambarkan sebagai berikut : arang mempunyai komponen pereduksi yang kuat (strong reducing properties), sebagai contoh ketika arang dipanaskan dengan bijih besi (yang mengandung oksida logam dan sulfida) kandungan karbon yang ada di dalam arang akan segera bereaksi dengan oksigen dan sulfur. Hal inilah yang akan memudahkan terjadinya peleburan logam.
4. Penggunaan lain-lain
Penggunaan lain-lain dari arang antara lain untuk kembang api, bubuk mesiu, plastik, produksi karet, bahan untuk menggambar, dan bahan makanan ternak. Arang sekam padi digunakan dalam bidang pertanian (Anonim, 2001). Arang sekam padi ini mempunyai manfaat yaitu dapat meningkatkan pH tanah, memperbaiki aerasi akar tanaman, meningkatkan kemampuan tanah dalam mengikat air dan dapat meningkatkan tingkat pergantian unsur K dan Mg.
2.7 Standar Kualitas Arang
Penggunaan arang baik sebagai bahan bakar maupun sebagai bahan penolong dalam industri memerlukan standar kualitas tertentu. Kualitas arang dipengaruhi oleh jenis bahan baku dan proses pengolahannya. Ada tiga faktor utama yang mempengaruhi hasil arang (Anonim, 1985) yaitu:
1. Kadar air bahan baku pada waktu pengkarbonan. 2. Tipe alat yang digunakan.
3. Pengawasan pada saat proses berjalan.
Djatmiko dkk. (1981) menyebutkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas arang kayu adalah jenis kayu yang digunakan sebagai bahan baku, cara dan proses pengolahannya. Penetapan kualitas arang briket sama halnya dengan arang batangan yaitu yang dilakukan terhadap rendemen arang briket, sifat fisika arang briket seperti; kadar air, berat jenis dan nilai kalor serta sifat kimianya seperti; kadar abu, kadar zat terbang (mudah menguap) dan kadar karbon terikat. Standar pembanding yang digunakan dalam pengujian kualitas arang briket adalah standar Jepang dan Inggris.
Tabel 2.2 Standar kualitas arang briket A B C D E F Standar Jepang 6 3-6 25-30 60-80 1-1,2 6000-7000 Standar Inggris 3,5 8,26 16,41 75,33 - 7289 Sumber : Soeparno (1999) Keterangan :
A : Kadar air (%) D : Kadar karbon terikat (%)
B : Kadar abu (%) E : Berat jenis
C : Kadar zat mudah menguap (%) F : Nilai kalor (kal/gram)
1. Rendemen Arang
Nilai rendemen dapat digunakan sebagai indikator keberhasilan pembuatan arang. Rendemen yang tinggi menunjukkan adanya proses karbonasi arang yang kurang sempurna karena kayu atau bahan baku lainnya belum seluruhnya berubah menjadi arang sehingga kualitasnya kurang bagus, dalam hal ini nilai kalornya rendah, sebaliknya rendemennya yang terlalu kecil, dari segi ekonomi tidak menguntungkan dan juga berpengaruh pada kekerasan arang. Arang yang terlalu matang mempunyai sifat rapuh sehingga mudah pecah (Soeparno, 2000). Nilai rendemen arang dari jenis-jenis kayu Indonesia sangat bervariasi yaitu antara 21,1-40,8%. Variasi yang besar ini lebih disebabkan oleh heterogenitas jenis kayu di Indonesia yang cukup besar (Hartoyo dan Nurhayati, 1976).
Djatmiko dkk. (1981) menyebutkan bahwa rendemen arang briket pada prinsipnya adalah menghitung persentase arang yang dihasilkan dibandingkan dengan berat kayu yang diarangkan.
2. Nilai Kalor
Nilai kalor adalah ukuran kualitas bahan bakar dan biasanya dinyatakan dalam British Thermal Unit (BTU) yaitu jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu pound air sebesar 1 oF (biasanya dari 39 oF ke 40 oF). Soenardi (1976) mengemukakan bahwa nilai bakar terutama ditentukan oleh berat jenis dan kadar air kayu, tetapi berubah-ubah juga karena kadar lignin dan ekstraktif, seperti resin dan tanin. Soenardi juga menyebutkan bahwa panas pembakaran adalah panas (dalam BTU) yang diperoleh jika membakar satu pound kayu kering tanur. Panas sesungguhnya yang dihasilkan pada pembakaran kayu basah lebih rendah dibandingkan nilai pembakaran tersebut di atas, sebab sebagian panas dipakai untuk mengeluarkan air dan menguapkannya.
3. Kadar Air
Haygreen dan Bowyer (1989) mendefinisikan kadar air sebagai berat air yang dinyatakan sebagai persen berat. Salah satu cara yang paling lazim untuk menentukan kandungan air adalah dengan menimbang sampel basah, mengeringkannya dalam tanur pada suhu 103±2 oC untuk mengeluarkan semua air kemudian menimbangnya kembali. Soeparno (2000) menyatakan bahwa kadar air kayu sangat menentukan kualitas arang yang dihasilkan. Arang dengan nilai kadar air rendah akan memiliki nilai kalor tinggi, arang ini dihasilkan dari jenis kayu yang memiliki kadar air rendah. Semakin tinggi kadar air kayu maka dalam proses karbonisasi kayu akan lebih banyak kalor yang dibutuhkan untuk
mengeluarkan air tersebut menjadi uap sehingga energi yang tersisa dalam arang menjadi lebih kecil.
4. Berat Jenis
Haygreen dan Bowyer (1989) mendefinisikan berat jenis sebagai perbandingan berat jenis bahan dengan berat jenis air. Berat jenis secara lebih rinci didefinisikan sebagai perbandingan antara kerapatan kayu (atas dasar berat kering tanur dan volume pada kadar air yang telah ditentukan) dengan kerapatan air pada suhu 4 oC karena air memiliki kerapatan 1 gr/cm3 atau 1000 kg/cm3 pada suhu standar tersebut.
Berat jenis arang briket selain dipengaruhi oleh besarnya tekanan yang dikenakan sewaktu proses pembuatan ogalith, juga dipengaruhi oleh besarnya berat jenis kayu yang digunakan. Pada arang briket, berat jenis bahan baku yang digunakan berkorelasi positif dengan besarnya nilai rendemen dan kalornya karena arang briket dengan berat jenis tinggi lebih banyak mengandung zat karbon dibandingkan dengan kayu dengan berat jenis rendah (Hartoyo dan Nurhayati, 1976).
5. Kadar Abu
Abu adalah jumlah sisa setelah bahan organik dibakar di mana komponen utamanya berupa zat mineral, kalsium, kalium, magnesium dan silika. Earl (1974) menyebutkan bahwa abu adalah bahan yang tersisa apabila kayu dipanaskan hingga berat yang konstan. Kadar abu ini sebanding dengan kandungan bahan anorganik di dalam bahan.
Salah satu unsur utama abu adalah silika dan pengaruhnya kurang baik terhadap nilai kalor yang dihasilkan. Selanjutnya disebutkan bahwa semakin rendah kadar abu, maka akan semakin baik briket yang dihasilkan. Kadar abu yang terlalu tinggi akan menyebabkan kerak pada dasar alat-alat yang digunakan dan juga kotor, oleh karena itu di beberapa negara mensyaratkan kadar abu tidak boleh lebih dari 6%.
6. Kadar zat mudah menguap (volatile matter)
Zat mudah menguap pada arang briket adalah senyawa-senyawa selain air, abu dan karbon. Zat mudah menguap terdiri dari unsur hidrogen, hidrokarbon C2
-C4, metana dan karbon monoksida. Adanya unsur hidrokarbon (alifatik dan
aromatik) pada zat mudah menguap ini menyebabkan semakin tinggi nilai kadar zat mudah menguap sehingga arang briket akan semakin mudah terbakar karena senyawa-senyawa alifatik dan aromatik mudah sekali terbakar. Kadar zat mudah menguap didefinisikan sebagai kehilangan berat (selain karena hilangnya air) dari arang yang terjadi pada saat proses pengarangan berlangsung selama 7 menit pada suhu 900 oC pada tempat tertutup, tanpa ada kontak dengan udara luar (Earl, 1974). Selanjutnya disebutkan bahwa penguapan volatile matter ini terjadi sebelum berlangsungnya oksidasi karbon dan kandungan utamanya adalah hidrokarbon dan sedikit nitrogen.
Hartoyo dkk. (1978) mengemukakan bahwa besarnya suhu yang digunakan dalam proses pembuatan arang akan mempengaruhi besarnya kadar zat mudah menguap. Hartoyo dkk. (1978) juga menyebutkan bahwa semakin tinggi suhu
yang digunakan mengakibatkan semakin rendahnya kadar zat mudah menguap pada arang yang dihasilkan.
7. Kadar karbon terikat (fixed carbon)
Soeparno dkk. (1999) menyatakan bahwa jenis bahan sangat berpengaruh pada besarnya nilai karbon dalam briket. Kandungan selulosa dalam kayu akan mempengaruhi besarnya kadar karbon terikat dalam briket arang. Kadar selulosa yang tinggi akan menyebabkan kadar karbon yang tinggi pula. Hal ini dikarenakan komponen penyusun selulosa sebagian besar adalah karbon. Selanjutnya disebutkan pula bahwa kadar karbon terikat juga merupakan penentu kualitas arang. Kadar karbon terikat yang tinggi menunjukkan kualitas yang baik, sedangkan kadar karbon terikat yang rendah menunjukkan kualitas arang yang kurang begitu baik. Djatmiko dkk. (1981) menyebutkan bahwa arang yang bermutu baik adalah arang yang mempunyai nilai kalor dan karbon terikat tinggi tetapi mempunyai kadar zat abu yang rendah.
2.8 Pengaruh Tekanan Kempa terhadap Bahan pada Arang Briket.
Tekanan atau pengempaan diperlukan dalam pembuatan arang briket untuk membentuk briket atau padatan yang kompak, sehingga dapat dipergunakan sebagai bahan bakar sebagaimana arang kayu pada umumnya. Soeparno (1993) mengemukakan bahwa besarnya pengempaan berpengaruh secara signifikan terhadap rendemen arang briket yang dihasilkan. Variasi besar tekanan yang digunakan untuk pembuatan briket arang oleh Hartoyo dkk, (1978) adalah 8-16 ton dengan interval 2
ton menyebabkan variasi kerapatan atau berat jenis arang yang dihasilkan. Selanjutnya disebutkan bahwa kenaikan tingkat pengempaan akan menaikkan berat jenisnya. Pencampuran bahan baku dalam pembuatan arang briket dimaksudkan untuk memperbaiki sifat dan kualitas arang briket yang akan dihasilkan.
2.9 Hipotesis
1. Dengan peningkatan tekanan pada pembuatan arang briket pada bahan sekam padi akan meningkatkan sifat fisik dan sifat kimia arang briket yang dihasilkan. 2. Jenis sekam akan berpengaruh terhadap nilai panas.
2.10 Rancangan Penelitian
Untuk mengetahui kebenaran hipotesis tersebut, maka disusun rencana penelitian dengan menetapkan faktor-faktor penelitian sebagai berikut:
a. Faktor pertama adalah Besar tekanan (T), terdiri atas tiga tekanan yaitu: T1 = 815 psi (3000 ponds)
T2 = 1087 psi (4000 ponds) T3 = 1359 psi (5000 ponds)
b. Faktor kedua adalah bahan yaitu sekam padi
Masing-masing perlakuan menggunakan ulangan sebanyak tiga kali sehingga dalam penelitian ini dibutuhkan contoh uji sebanyak (3 x 3), yaitu 9 sampel.
Data yang diperoleh diuji dengan analisis varians untuk mengetahui adanya interaksi antara kedua faktor yang diteliti yaitu faktor tekanan kempa dan bahan. Apabila analisis varians tidak menunjukkan adanya interaksi, maka dilakukan analisis untuk mengetahui pengaruh faktor tunggal yang berbeda nyata pada taraf uji 5% dan 1%. Jika diketahui ada faktor yang menyebabkan pengaruh yang berbeda nyata pada tahap uji tersebut, maka dilakukan lanjutan dengan metode Tukey/HSD (Honestly significant Difference).
Uji lanjut dengan menggunakan metode Tukey/HSD tersebut dilakukan untuk mengetahui pada bagian mana yang berbeda nyata antara faktor perlakuan dan bahan sampel perlakuan pada taraf signifikan 5% dan 1% terhadap kualitas kimia arang briket yang dihasilkan.
Parameter yang diuji pada penelitian ini adalah sifat fisik dan sifat kimia arang briket. Sifat fisik arang briket meliputi: nilai kalor, berat jenis dan kadar air. Sifat kimia arang briket meliputi: kadar abu, kadar zat mudah menguap (volatil) dan kadar karbon terikat.
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini pertama-tama dilakukan penimbangan sekam padi seberat 50 gr sebagai sampel penelitian. Dengan menggunakan alat kempa yang dilengkapi dengan pemanas tipe carver 2101 laboratory Press, model C seri no 24000.438 untuk menekan sekam padi menjadi ogalith dan alat pencetak ogalith berbentuk silinder besi berdiameter 5,5 cm. Dibentuk dengan tekanan kempa 3000 pound, 4000 pound, 5000 pound. Kemudian dilakukan pengarangan briket di dapur pengarangan (retort). Briket yang telah diarangkan, selanjutnya dilakukan pengujian nilai kalor arang briket menggunakan alat yang dinamakan Oksigen bom kalorimeter. Kemudian dilakukan pengujian kadar air didalam oven pada suhu 103±2ºC. Pada kadar abu dimasukkan ke dalam tanur dengan suhu 600ºC selama empat jam. Dan pengujian kadar zat menguap adalah dengan cara memasukkan contoh uji seberat ± 2 gram pada tanur listrik bersuhu 900ºC.
3.1 Persiapan Bahan Penelitian:
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut:
a. Sekam padi yang di dapat dari tempat penggilingan padi yang ada di Dusun Joho, Kelurahan Jambitan, Banguntapan Bantul
b. Bahan-bahan kimia yang diguanakan untuk pengujian nilai kalor, yaitu: Natrium karbonat, Asam benzoat, dan indikator methyl orange.
c. Aquadest untuk pengujian nilai kalor. d. Kawat nikel dan benang.
e. Oksigen murni 99,5 %.
3.2 Alat Penelitian
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari alat untuk mencetak ogalith, mengarangkan ogalith dan pengujian arang briket.
Alat pencetak ogalith
Berupa alat kempa yang dilengkapi dengan pemanas tipe carver 2101 laboratory Press, model C seri no 24000.438 untuk menekan sekam padi menjadi ogalith dan alat pencetak ogalith berbentuk silinder besi berdiameter 5,5 cm.
Alat pengarangan ogalith sangat modern, cara pembakaran dengan bahan bakar minyak tanah dan kompresor di UGM Teknologi Hasil Hutan.
Alat Pengukur suhu (Thermokoppel)
Gelas piala 100 mL, digunakan untuk pengukuran berat jenis arang briket.
Oksigen bom kalori meter merk Gallen Kamp Autobomb no G 4940, digunakan untuk pengujian nilai kalor arang briket.
Tabung gas oksigen, digunakan untuk mengalirkan oksigen pada pengujian nilai kalor arang briket.
Oven merk Gallen Kamp untuk mengeringkan contoh uji kadar air dan berat jenis arang briket.
Desikator untuk mengkondisikan contoh uji kadar air, kadar abu, berat jenis dan kadar zat mudah menguap setelah dikeringkan dalam oven.
Dapur pengabuan (Thermolyne) merk Uchida maks. 1200 º C digunakan untuk pengujian kadar zat mudah menguap, kadar abu dan kadar karbon terikat.
3.3 Pembuatan Briket (Ogalith)
Tahap-tahap pembuatan arang briket pada penelitian ini sebagai berikut: Serbuk yang telah ditimbang dengan berat sampel serbuk sekam padi 50gr
kemudian dimasukkan dan disusun kedalam cetakan sambil ditekan dan diratakan agar diperoleh susunan serbuk dengan kerapatan yang merata.
Alat pencetakan dipasang pada alat kempa dan kemudian ditekan pada kondisi panas tekanan 250ºC dengan waktu kempa 15 menit ( Soeparno 1993). Adapun besarnya tekanan kempa diantaranya 3000, 4000 dan 5000 Pond.
Briket dikeluarkan (diambil) setelah ditunggu selama kurang lebih 15 menit hingga cetakan dingin, maka akan dihasilkan briket sekam padi yang disebut ogalith.
3.4 Pengarangan
Proses pengarangan dalam penelitian ini sebagai berikut:
Briket sekam padi (ogalith) disusun pada dapur pengarangan (retort).
Lamanya pengarangan empat jam dan diusahakan agar panas dalam retort merata.
Setelah pengarangan berlangsung selama empat jam dan asap sudah tidak keluar lagi dari retort, maka pengarangan pada dapur retort dihentikan.
Retort ditunggu sampai keadaan dingin selama kurang lebih 24 jam , sehingga bara yang ada dalam arang briket mati.
Arang dikeluarkan dari retort dan diangin ditempat terbuka agar kondisinya seimbang dengan lingkungan sekitarnya.
3.5 Pengujian Nilai Kalor
Pengujian nilai kalor arang briket menggunakan alat yang dinamakan Oksigen bom kalorimeter. Adapun cara pengujiannya adalah sebagai berikut:
3.5.1 Persiapan
Persiapan dalam penelitian ini sebagai berikut: a. Menimbang contoh sampel.
b. Mengukur panjang kawat nikel dan benang pembakaran.
d. Memasukkan rangkaian ini kedalam alat bom kalorimeter yang sebelumnya telah diisi dengan aquades hingga mencapai tinggi kurang lebih 1mm.
e. Mengisikan oksigen murni (99.5%) kedalam bom silinder tersebut sampai dengan tekanan 30 atmosfer.
f. Memasukkan bom silinder tersebut kedalam panci silinder yang berisi air dua liter kemudian memasukkan panci silinder tersebut ke dalam mantel silinder serta memasang elektroda – elektrodanya.
g. Memasang penutup mantel silinder sedemikian rupa sehingga pengaduk bisa berputar bebas dalam panci silinder yang berisi air dan memasang thermometer menghadap kearah peneliti.
3.5.2 Pengukuran Kenaikan Suhu
Pengukuran kenaikan suhu pada penelitian ini dilakukan sebagai berikut: a. Menjalankan pengaduk selama kurang lebih 10 menit dan mencatat suhu yang
terbaca pada thermometer setelah suhu stabil sebagai suhu awal (t1).
b. Setelah waktu mencapai 10 menit, mulai dilakukan pembakaran dengan mengalirkan arus listrik bertegangan 23 volt dengan menekan tombol ”fire” sampai tombol indikator ”test” tidak menyala.
c. Setelah proses pembakaran ini, suhu akan naik dengan cepat. Pencatatan suhu dilakukan setelah suhu mengalami kestabilan. Suhu tersebut merupakan suhu akhir (t2).
3.5.3 Pembongkaran
Pembongkaran ini dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
a. Menghentikan pengaduk dan membuka mantel silinder secara hati-hati. Gas yang ada dalam silinder bom dilepaskan secara hati-hati dengan memutar sekrup dop. b. Mangkok pembakaran dilepas dari silinder bom, bagian silinder bom dicuci
dengan aquades, air cucian ini ditampung dengan gelas piala sebanyak 50 mL. Hasil tampungan ini kemudian ditetesi dengan methyl orange sebanyak tiga tetes sehingga cairan berwarna merah muda, untuk kemudian dilakukan titrasi dengan sodium karbonat yang terdapat dalam buret sampai cairan berubah warna menjadi bening. Jumlah milimeter yang digunakan dalam titrasi merupakan koreksi asam. c. Hasil pengamatan selengkapnya kemudian dimasukkan kedalam rumus berikut ini
untuk mencari nilai kalornya : t = t2 – t1
3.6 Kadar air
Prosedur pengujiannya dilakukan dengan cara mengambil sebagian dari contoh uji arang briket dan menimbangnya seberat dua gram sebagai berat mula-mula (a). Cuplikan tersebut dikeringkan dalam oven pada suhu 103±2ºC selama kurang lebih 2 jam, kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Prosedur ini diulang beberapa kali sampai diperoleh berat konstan (b).
Perhitungan kadar air arang sebagaimana disebutkan dalam ASTM D 1762 – 84 dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan :
a = berat arang (sampel) kering udara (gram)
b = berat arang (sampel) setelah dikeringkan pada suhu 105ºC (gram).
3.7 Kadar Abu
Prosedur pengujian kadar abu dilakukan dengan cara mengambil contoh uji seberat dua gram dan dimasukkan ke dalam cawan porselen (cawan pengabuan) dan ditimbang sebagai berat awal. Cawan yang berisi arang tersebut kemudian dimasukkan ke dalam tanur dengan suhu 600ºC selama empat jam. Menjelang suhu tercapai, tutup tanur dibuka sesaat agar udara luar masuk. Setelah proses pengabuan, cawan beserta isinya dimasukkan ke dalam desikator kemudian ditimbang sebagai berat akhir.
Perhitungan kadar abu sebagaimana disebutkan dalam ASTM D 1762–84 dirumuskan sebagai berikut:
keterangan : a = berat sampel ( gram) b = berat cawan (gram)
c = berat cawan + berat abu (gram) % 100 ) ( (%) . x a b a air Kadar % 100 . x a b c abu Kadar
3.8 Kadar Zat Mudah Menguap (Volatille Matter)
Prosedur penentuan zat mudah menguap adalah dengan cara memasukkan contoh uji seberat ± 2 gram pada tanur listrik bersuhu 900ºC. Setelah suhu tercapai, tanur dimatikan dan cawan besrta isinya dibiarkan dingin terlebih dahulu dalam tanur. Selanjutnya, setelah terlebih dahulu dimasukkan ke dalam desikator, contoh uji ditimbang. Jika masih terdapat bagian berwarna putih, maka pengujian harus diulangi.
Perhitungan kadar zat mudah menguap (volatile matter) menurut Djatmiko,dkk (1981) adalah sebagai berikut:
Keterangan : B = berat sampel setelah dikeringkan pada suhu 105ºC (gram) C = berat sampel setelah dikeringkan pada suhu 900ºC (gram)
3.9 Kadar Karbon Terikat (fixed Carbon)
Kadar karbon terikat adalah fraksi karbon dalam arang selain fraksi abu dan zat mudah menguap dan air. Perhitungan kadar karbon terikat sebagaimana disebutkan oleh Earl (1976) adalah sebagai berikut:
Keterangan : Ka = kadar air (%)
Vm = kadar zat mudah menguap ( Volatile matter ) (%) Abu = Kadar abu (%)
% 100 (%) . . . x B C B menguap mudah zat Kadar )% ( % 100 .(%) .
.karbonterikat Ka Vm Abu
Secara ringkas, prosedur pelaksanaan penelitian pembuatan arang briket dari bahan sekam padi dapat digambarkan sebagai berikut:
Persiapan bahan Sekam Padi
Penimbangan bahan (sampel) 50 gram
Pembuatan ogalit menggunakan 3 variasi tekanan * 3000 pond * 4000 pond * 5000 pond Proses pengarangan
Pengujian kualitas arang briket
Sifat Fisik Sifat Kimia
1. Nilai Kalor 1. Kadar Abu 2. Berat Jenis 2. Kadar Volatil
3. Kadar Air 3. Kadar Karbon Terikat
4.1 HASIL PENELITIAN 4.1.1 Sifat Fisik Arang Briket
1. Perhitungan Kadar Air
Penelitian mengenai pengujian kadar air dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.1 Nilai rata-rata kadar air
Tekanan sample (sekam padi) Rata-rata 1 2 3
3000 pounds 4,8 8,25 5,7 5,1833 4000 pounds 5,45 3,85 4,75 6,783 5000 pounds 5,3 8,25 3,9 4,783
Tabel 4.2 Analisis varians kadar air
Sumber variasi db JK KT F hitung Sig. Tekanan 2 6,720 3,360 1,366 0,324 Error 6 14,760 2,460 Total 8 21,480
Dari hasil analisis varians pada Tabel 4.2 memperlihatkan bahwa interaksi antara faktor tekanan kempa terhadap kadar air arang briket. Dimana nilai F hitung lebih kecil dari nilai taraf uji 5% (dalam tabel lampiran), sehingga interaksi faktor tekanan kempa menunjukkan perbedaan tidak nyata (Tidak signifikan) terhadap kadar air arang briket yang diteliti.
Pada gambar berikut akan terlihat jelas interaksi antara tekanan kempa terhadap kadar air :
Gambar 4.1 Pengaruh tekanan kempa dan bahan sekam padi terhadap nilai kadar air
0 1 2 3 4 5 6 7 8 3000 4000 5000 Tekanan (pound) K a d a r A ir (% )
2. Nilai kalor
Penelitian mengenai pengujian nilai kalor dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.3 Nilai kalor rata - rata
Tekanan sample (sekam padi) Rata-rata 1 2 3
3000 pounds 6190 5820,827 4690,771 5567,199 4000 pounds 4687,692 6604,993 5859,274 5717,319 5000 pounds 7216,5859 8194,2765 6794,068 7401,643
Tabel 4.4 Analisis varians nilai kalor
Dari hasil analisis varians pada Tabel 4.4 memperlihatkan bahwa interaksi antara faktor tekanan kempa terhadap nilai kalor arang briket. Dimana nilai F hitung lebih kecil dari nilai taraf uji 5% (dalam tabel lampiran), sehingga interaksi faktor tekanan kempa menunjukkan perbedaan tidak nyata (Tidak signifikan) terhadap nilai kalor arang briket yang diteliti.
Pada gambar berikut akan terlihat jelas interaksi antara tekanan kempa terhadap nilai kalor :
Sumber variasi db JK KT F hitung Sig. Tekanan 2 6224669,229 3112334,614 4,532 0,063 Error 6 4120243,167 686707,195 Total 8 10344912,396
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 3000 4000 5000 Tekanan (Pound) N il a i K a lor (% )
Gambar 4.2 Pengaruh tekanan kempa dan bahan sekam padi terhadap nilai kalor
4.1.2 Sifat Kimia Arang Briket 1. Kadar abu
Penelitian mengenai pengujian kadar abu dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 4.5 Nilai rata-rata kadar abu
Tekanan sample (sekam padi) Rata-rata 1 2 3
3000 pounds 39,55 35,85 32,9 36,1 4000 pounds 45,15 45,95 48,45 46,516 5000 pounds 46,2 49,9 50,55 48,883
Tabel 4.6 Analisis Varians kadar abu
Dari hasil analisis varians pada Tabel 4.6 memperlihatkan bahwa interaksi antara faktor tekanan kempa terhadap kadar abu arang briket. Dimana nilai F hitung lebih besar dari nilai taraf uji 1% (dalam tabel lampiran), sehingga interaksi faktor tekanan kempa menunjukkan perbedaan sangat nyata (signifikan) terhadap kadar abu arang briket yang diteliti.
Sumber variasi db JK KT F hitung Sig. Tekanan 2 277,522 138,761 21,270 0,002 Error 6 39,143 6,524 Total 8 316,665
0 10 20 30 40 50 60 3000 4000 5000 Tekanan (pound) K ada r A bu ( % )
Pada gambar berikut akan terlihat jelas interaksi antara tekanan kempa terhadap kadar abu :
Gambar 4.3 Pengaruh tekanan kempa dan bahan sekam padi terhadap nilai kadar abu
2. Kadar zat mudah menguap.
Penelitian mengenai pengujian kadar zat mudah menguap dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.7 Nilai rata-rata Kadar zat mudah menguap
Tekanan sample (sekam padi) Rata-rata 1 2 3
3000 pounds 37,65 24,2 49,1 42,3 4000 pounds 29,45 27,95 36,05 31,15 5000 pounds 24,35 21,85 14 23,4
Tabel 4.8 Analisis Varians kadar zat mudah menguap Sumber variasi db JK KT F hitung Sig. Tekanan 2 741,484 370,742 13,244 0,006 Error 6 167,957 27,993 Total 8 909,441
Dari hasil analisis varians pada Tabel 4.8 memperlihatkan bahwa interaksi antara faktor tekanan kempa terhadap kadar zat mudah menguap arang briket. Dimana nilai F hitung lebih besar dari nilai taraf uji 1% (dalam tabel lampiran), sehingga interaksi faktor tekanan kempa menunjukkan perbedaan sangat nyata (signifikan) terhadap kadar zat mudah menguap arang briket yang diteliti.
Pada gambar berikut akan terlihat jelas interaksi antara tekanan kempa terhadap kadar zat mudah menguap :
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 3000 4000 5000 Tekanan pound K a da r V ol a ti l (% )
Gambar 4.4 Pengaruh tekanan kempa dan bahan sekam padi terhadap nilai Volatil
3. Kadar karbon terikat.
Penelitian mengenai pengujian kadar karbon terikat dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.9. Nilai rata-rata kadar karbon terikat
Tekanan sample (sekam padi) Rata-rata 1 2 3
3000 pounds 18 18,55 12,7 16,416 4000 pounds 17,15 22,25 7,25 15,55 5000 pounds 23,75 23,5 31,55 26,266
0 5 10 15 20 25 30 3000 4000 5000 Tekanan (Pound) K ar bo n Te ri ka t (% )
Tabel 4.10 Analisis Varians kadar karbon terikat
Dari hasil analisis varians pada Tabel 4.10 memperlihatkan bahwa interaksi antara faktor tekanan kempa terhadap kadar karbon terikat arang briket. Dimana nilai F hitung lebih kecil dari nilai taraf uji 5% (dalam tabel lampiran), sehingga interaksi faktor tekanan kempa menunjukkan perbedaan tidak nyata (Tidak signifikan) terhadap karbon terikat arang briket yang diteliti.
Pada gambar berikut akan terlihat jelas interaksi antara tekanan kempa terhadap karbon terikat :
Gambar 4.5. Pengaruh tekanan kempa dan bahan sekam padi terhadap karbon terikat Sumber variasi db JK KT F hitung Sig. Tekanan 2 212,621 106,310 3,561 0,096 Error 6 179,113 29,852 Total 8 391,734
